Практически размер b не превышает обычно

В связи с отмеченными недостатками коаксиальные линии на волнах короче 10 см используются в основном при передаче энергии на малые расстояния и при передаче малых мощностей (отвод энергии к измерительным приборам, вращающиеся переходы, межблочные соединения отдельных узлов станции и пр.).

Как всякая двухпроводная линия, коаксиальная линия характеризуется следующими основными параметрами:

- волновым сопротивлением (r_Л);

- затуханием (b);

- предельной мощностью (Р_max).

Волновое сопротивление коаксиальной линии с воздушным заполнением (в омах) определяется выражением

.

Волновое сопротивление коаксиальной линии, заполненной диэлектриком с диэлектрической проницаемостью e^’, уменьшается по сравнению с воздушным заполнением в раз. Затухание коаксиальной линии равно

,

где s - проводимость проводника;

l - длина волны, м.

Максимальная или предельная мощность, передаваемая по коаксиальной линии, равна

,

где Е_max – максимально допустимая или предельная мощность при нормальных атмосферных условиях, кВ/см.

Рабочая или допустимая мощность берется равной Р_Д = (0,2 ¸ 0,4) Р_max.

В таблице 7.1 приведены основные данные некоторых стандартных коаксиальных линий, применяемых на практике.

Таблица 7.1.

Марка кабеля	Волновое сопротивление, ом	Затухание на частоте 1000 МГц, дБ/м	Максимальное рабочее напряжение, кВ	Диаметр внутреннего проводника, мм
РК-1 РК-2 РК-3 РК-4 РК-6 РК-8 РК-19 РК-20 РК-28 РК-29		0,39 0,26 0,22 0,33 0,28 0,10 0,73 0,28 0,30 0,39	4,5 5.5 5,6 4,5 8,5 1,5 1,5	0,68 0,68 1,37 1,37 2,55 2,73 0,68 1,11 2,13 1,37

7.2. ВОЛНОВОДНЫЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ

В диапазоне сантиметровых и миллиметровых волн в качестве основной линии передачи энергии от передатчика к антенне РЛС и от антенны к приемному устройству применяется волноводная линия.

По сравнению с коаксиальной линией волновод имеет:

- меньшее затухание

- позволяет передавать большую мощность.

Основным недостатком волновода является:

- его критичность по отношению к длине волны

- громоздкость волноводной линии при работе на более

длинных волнах.

По этой причине волноводные линии применяются в судовых РЛС, работающих на волнах, не превышающих 10 см.

Наибольшее применение на практике находят волноводы прямоугольного сечения с использованием простейшей поперечно-электрической волны.

Волноводы прямоугольного сечения:

проще в изготовлении,

легче возбуждаются от генератора СВЧ или другого источника колебаний

Электрическая составляющая поля строго ориентирована между широкими стенками волновода, эта волна дает наиболее устойчивую поляризацию, которая не изменяется при изгибах, поворотах и других деформациях волноводной линии.

Поскольку критическая длина волны прямоугольного волновода зависит от размеров его широкой стенки

l_КР = 2 а.

Исходя из того, что рабочая длина волны должна быть меньше l < l_КР, существует следующий оптимум в соотношении

.

Размер b узкой стенки волновода на критическую длину волны не влияет, а зависит от величины передаваемой мощности.

Эта мощность определяется допустимым напряжением между широкими стенками волновода. Если принять для нормальных условий эксплуатации пробивное напряжение равным 30 кВ/см, то размер b c учетом четырехкратного запаса на повышение надежности

,

где Р – передаваемая мощность, МВт;

l_В – длина волны в волноводе;

.

Надо учитывать, что при наличии рассогласования антенно-волноводного тракта в волноводной линии, устанавливается режим стоячей волны, который повышает напряжение, а следовательно, снижает допустимое значение пропускаемой мощности.

Затухание энергии в прямоугольном волноводе зависит от длины волны передаваемых колебаний, размеров волновода, материала стенок волновода:

,

где R_S – поверхностное сопротивление стенок волновода;

r_S – волноводное сопротивление среды, заполняющий волновод.

Волновое сопротивление воздушной среды определяется выражением

r_С = 120p.

Другим важным параметром волновода является его волновое сопротивление

.

В таблице 7.2 приведены параметры некоторых стандартных прямоугольных волноводов.

Таблица 7.2.

Марка волновода	Диапазон волн, см	Максимальное затухание, дБ/м	Внутренние размеры, мм	Толщина стенок, мм	Максимальная мощность, МВт
МЭК-26   МЭК-40   МЭК-58   МЭК-81   МЭК-120	9,1 – 13,83   6,13 – 9,32   4,26 – 6,47   3,00 – 4,56   2,00 – 3,05	0,0173   0,0311   0,0539   0,0993   0,166	86,36 43,18 58,17 29,083 40,39 20,193 28,499 12,624 19,050 9,525	2,03   1,63   1,63   1,63   1,27	1,77

Рис. 7.3. Волновод круглого сечения

Волноводы круглого сечения уступают прямоугольным волноводам:

с точки зрения габаритных размеров,

затухания,

стабильности прохождения волн,

простоты выполнения отдельных элементов.

Симметричная форма поперечного сечения круглого волновода делает их весьма ценными для применения во вращающихся соединениях волноводных линиях.

В круглом волноводе используется поперечно магнитная волна, показанная на рис. 7.3.

Критическая длина волны в этом случае

.

Волноводы круглого сечения целесообразно применять в качестве прямолинейных линий передач в диапазоне миллиметровых волн.

Особенностью этого типа волны в круглом волноводе является монотонное убывание коэффициента затухания с ростом частоты.

Передача энергии от генератора в волноводную линию и извлечение энергии из волноводной линии производится через переходное устройство.

В качестве переходного устройства используется обычно коаксиальная линия, связанная с волноводом.

На практике чаще всего применяется электрическая связь, которая осуществляется с помощью внутреннего проводника коаксиальной линии, помещаемого внутри волновода и используемого как вибратор.

Наружный проводник соединяется с широкой стенкой волновода (рис. 7.4).

Штырь располагают на расстоянии l_В/4 от глухой стенки.

Тогда излучение энергии в сторону открытого конца волновода оказывается максимальным, так как энергия, отраженная от глухой стенки, совпадает по фазе с полем самого вибратора.

Извлечение энергии из волновода происходит таким же образом, так как штырь, являясь антенной, обладает свойством обратимости, т.е. работать как на передачу, так и на прием сигналов.

Волноводная линия на судне собирается из отдельных секций по месту установки передатчика и антенны. Для сочленения этих секций между собой применяют дроссельно-фланцевые соединения.

Принцип дроссельно-фланцевого соединения двух неподвижных отрезков волновода показан на рис. 7.5. Один фланец плоский, другой при непосредственном соединении с первым образует полуволновой короткозамкнутый отрезок длинной линии. Поскольку входное сопротивление такого отрезка линии равно нулю, то в волноводном стыке создается короткое замыкание и энергия без заметного отражения будет переходить из одной секции волновода в другую.

На рис. 7.6 показано устройство дроссельных фланцев.

При работе судовой РЛС в режиме кругового обзора антенна вращается, а приемопередатчик неподвижен.

Вследствие этого возникает необходимость в наличии в антенно-волноводном тракте вращающегося перехода.

Широкое распространение на практике получила схема волноводно-коаксиального вращающегося перехода (рис 7.7).

Волноводная линия судовой РЛС может иметь различный профиль в зависимости от размещения антенны и приемопередатчика.

  Рис. 7.9. Уголковые секции с плавным изгибом

  Рис 7.8. Волноводные уголковые секции

Для поворотов волноводной линии применяют волноводные уголко-вые секции (рис. 7.8) или секции с плавным изгибом линии (рис 7.9), включаемые между прямыми участками волноводной линии.

Чтобы изгиб не давал значительных отражений энергии от места поворота волноводной линии, радиус закругления должен быть больше l_В.

Для измерения плоскости поляризации применяют скрученные на 90° волноводные секции (рис 7.10). Поскольку при скручивании форма поперечного сечения волновода сохраняется, конфигурация поля и длина волны в волноводе остаются без изменений.

Рис 7.10 Скрученная на 90° волноводная секция

	Рис. 7.11. Гибкий отрезок волновода

В судовых РЛС для повышения электрической прочности волновых линий обычно применяют не ступенчатые, а плавные переходы (рис 7.13),

Рис. 7.14. Волноводная линия в собранном виде

На рис. 7.14 представлена волноводная линия судовой РЛС в собранном виде. Линия содержит почти все рассмотренные элементы: фланцевые соединения, повороты, скрученную секцию, плавный переход разного сечения и пр.

Особенностью современных судовых навигационных РЛС является то, что генератор СВЧ, а также СВЧ тракты приемника конструктивно располагаются в антенном блоке (иногда называемом сканером).

При такой конструкции антенного блока исключается применение громоздких волноводных устройств, и соответственно исключаются потери мощности при передаче и приеме отраженных СВЧ сигналов в волноводах.

Передача уже преобразованных ВЧ сигналов может осуществляться по коаксиальным линиям передачи энергии

7.3. ОСОБЕННОСТИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ АНТЕНН

В связи со спецификой работы судовых навигационных РЛС к антеннам этого типа предъявляются следующие требования:

- возможность обзора по азимуту в пределах 360°;

- высокая направленность действия;

- широкая полоса пропускания частот;

- минимальная интенсивность боковых лепестков;

- достаточная механическая прочность и жесткость в сочетании с минимальной массой, размерами и парусностью.

Диаграмма направленности антенны представляет собой график относительного изменения мощности или напряженности поля, создаваемых антенной в разных направлениях, но на одинаковом от антенны расстоянии. Она может быть построена как в прямоугольных, так и полярных координатах. На рис. 7.15 показана диаграмма по мощности, построенная в по- лярных координатах.

Угол a называется углом раствора диаграммы направленности.

Он характеризует собой ширину диаграммы в определенной плоскости, например, горизонтальной или вертикальной.

Углом раствора диаграммы направленности по мощности называется угол между прямыми, проходя- щими через точки половинной мощности (на уровне 0,5).

Наибольшее распространение в РЛС получили:

- рупорные,

- щелевые,

- линзовые антенны и их сочетание.

Если конец волновода, по которому передается энергия, открыт с одной стороны, то энергия будет излучаться в окружающее пространство. Однако эффективность излучения в этом случае будет недостаточной, поскольку из-за несогласованности волнового сопротивления волновода и волнового сопротивления свободного пространства часть энергии будет отражаться обратно в волновод. Для согласования волновых сопротивлений на конце волновода создается расширение, образующее рупор или рупорную антенну (рис. 7.16).

Кроме согласования волновых сопротив- лений на конце волновода создается рас- ширение, образующее рупор или рупорную антенну (рис. 7.16). Кроме согласования, рупорная антенна создает и большую направленность, чем открытый конец волновода.

Угол направленности в плоскости широкой стенки волновода a° = 68l/ d /, в плоскости узкой стенки этот угол q =50 l/d.

d

Рис. 7.16. Рупорная антенна

Достоинством рупорных антенн явля- ется также простота конструкции. Рупор- ные антенны в РЛС используются в качест- ве контрольных и в сочетании со щелевы- ми – основных.

7.4. ЩЕЛЕВЫЕ И ЛИНЗОВЫЕ АНТЕННЫ

Если на широкой или узкой стенке волновода определенным образом вырезать щель длиной около половины длины волны (l/ 2), то такая щель способна излучать и принимать радиосигналы аналогично полуволновому симметричному вибратору.

Разница будет лишь в том, что магнитная составляющая поля Н оказывается ориентированной вдоль щели, а электрическая Е – поперек. Антенна с такой щелью называется щелевой.

Дата добавления: 2014-01-11